天体物理学家证实了早期宇宙中最微弱的星

　　Abell 2744星团的假彩色NIRCam图像。信用:自然(2023)。DOI: 10.1038/s41586-023-05994-w

　　据洛杉矶加州大学（作者：霍利·奥伯）：由加州大学洛杉矶分校天体物理学家领导的一个国际研究小组证实了早期宇宙中有史以来最微弱星系的存在。这个名为JD1的星系是迄今为止发现的最遥远的星系之一，它是那种通过大爆炸遗留下来的氢原子雾燃烧的典型星系，让光线穿过宇宙，并将其塑造成今天存在的样子。

　　这一发现是利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜获得的，研究结果发表在《自然》杂志上。

　　宇宙生命的第一个十亿年是其演化的关键时期。大约138亿年前的大爆炸之后，宇宙膨胀并冷却到足以形成氢原子。氢原子吸收年轻恒星的紫外光子；然而，直到第一批恒星和星系诞生，宇宙才变得黑暗，进入了一个被称为宇宙黑暗时代的时期。

　　几亿年后，第一批恒星和星系的出现让宇宙沐浴在高能紫外线中，这种紫外线开始燃烧或电离氢雾。这反过来又使光子能够穿越空间，使宇宙变得透明。

　　确定主导那个时代(被称为再电离时代)的星系类型是当今天文学的一个主要目标，但在韦伯望远镜开发之前，科学家们缺乏研究第一代星系所需的敏感红外仪器。

　　加州大学洛杉矶分校博士后研究员、该研究的第一作者Guido Roberts-Borsani说:“迄今为止，用JWST发现的大多数星系都是明亮的星系，它们很罕见，被认为不是早期宇宙中年轻星系的特别代表。”。“因此，虽然重要，但它们不被认为是燃烧氢气雾的主要因素。

　　“另一方面，像JD1这样的超暗星系要多得多，这就是为什么我们认为它们更能代表进行再电离过程的星系，使紫外线能够不受阻碍地穿越时空。”

　　JD1星系的投影图(插图)，它位于一个明亮的星系团Abell2744后面。鸣谢:吉多·罗伯茨-博尔萨尼/加州大学洛杉矶分校)；原始图像:美国航天局，欧空局，加空局，史文朋技术大学，匹兹堡大学，STScI

　　JD1是如此昏暗和遥远，如果没有强大的望远镜和大自然的帮助，研究起来很有挑战性。JD1位于附近一个名为Abell 2744的大型星系团后面，其综合引力强度弯曲并放大了JD1的光，使其看起来更大，比其他情况下亮13倍。这种效应被称为引力透镜，类似于放大镜如何扭曲和放大视野内的光线；如果没有引力透镜，JD1很可能会被错过。

　　研究人员使用韦伯望远镜的近红外摄谱仪NIRSpec获得了该星系的红外光谱，使他们能够确定它的精确年龄和它与地球的距离，以及它在相对较短的生命周期中形成的恒星数量、尘埃和重元素的数量。

　　结合该星系的引力放大和来自韦伯望远镜另一台近红外仪器NIRCam的新图像，该团队也有可能以前所未有的细节和分辨率研究该星系的结构，揭示了正在形成恒星的三个主要细长的尘埃和气体团块。该团队使用新数据追踪JD1的光回到其原始来源和形状，揭示了一个致密的星系，其大小只是银河系等古老星系的一小部分，银河系已有136亿年的历史。

　　因为光传播到地球需要时间，JD1被视为大约133亿年前，当时宇宙只有现在年龄的4%。

　　加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授、该研究的第二作者托马索·特留说:“就在一年前，在韦伯望远镜开启之前，我们甚至无法想象能够确认这样一个微弱的星系。”。“JWST和引力透镜的放大能力的结合是一场革命。我们正在重写关于宇宙大爆炸后星系如何形成和演化的书。”

　　这项研究发表在自然杂志上。